Главная Обратная связь

Дисциплины:






Коагуляционная водообработка. физическая,электрокинетическая, химическая сущность коагуляции примесей природных вод



Коагуляция - это слипание частиц коллоидной системы при их столкновениях в процессе теплового движения, перемешивания или направленного перемещения во внешнем силовом поле. В результате коагуляции образуются агрегаты - более крупные (вторичные) частицы, состоящие из скопления мелких (первичных). Первичные частицы в таких агрегатах соединены силами межмолекулярного взаимодействия непосредственно или через прослойку окружающей (дисперсионной) среды. Коагуляция сопровождается прогрессирующим укрупнением частиц и уменьшением их общего числа в объеме дисперсионной среды (в нашем случае - жидкости). Слипание однородных частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных - гетерокоагуляцией.

Производственные сточные воды в большинстве случаев представляют собой слабоконцентрированные эмульсии или суспензии, содержащие Коллоидные частицы размером 0,001 - 0,1 мкм, мелкодисперсные частицы размером 0,1 - 10 мкм, а также частицы размером 10 мкм и более.

В процессе механической очистки из сточных вод достаточно легко удаляются частицы размером 10 мкм и более, мелкодисперсные и коллоидные частицы практически не удаляются. Таким образом, сточные воды многих производств после сооружений механической очистки представляют собой агрегативно устойчивую систему. Для их очистки применяют методы коагуляции; агрегативная устойчивость при этом нарушается, образуются более крупные агрегаты частиц, которые удаляются из сточных вод механическими методами.

Одним из видов коагуляции является флокуляция, при которой мелкие частицы, находящиеся во взвешенном состоянии, под влиянием специально добавляемых веществ (флокулянтов) образуют интенсивно оседающие рыхлые хлопьевидные скопления.

Методы коагуляции и флокуляции широко распространены для очистки сточных вод предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, легкой, текстильной и других отраслей промышленности. Эффективность коагуляционной очистки зависит от многих факторов: вида коллоидных частиц; их концентрации и степени дисперсности; наличия в сточных водах электролитов и других примесей; величины электрокинетического потенциала. В сточных водах могут содержаться твердые (каолин, глина, волокна, цемент, кристаллы солей и др.) и жидкие (нефть, нефтепродукты, смолы и др.) частицы.

Коллоидные частицы, представляющие собой совокупность большого числа молекул вещества, содержащегося в сточной воде в диспергированном состоянии, при перемещении прочно удерживают покрывающий их слой воды. Обладая большой удельной площадью поверхности, коллоидные частицы адсорбируют находящиеся в воде ионы преимущественно одного знака, значительно понижающие свободную поверхностную энергию коллоидных частиц. Ионы, непосредственно прилегающие к ядру, образуют слой поверхностно-ядерных ионов, или так называемый адсорбционный слой. В этом слое может находиться также небольшое число противоположно заряженных ионов, суммарный заряд которых, однако, не компенсирует заряда поверхностно-ядерных ионов. В связи с тем, что на границе адсорбционного слоя создается электрический заряд, вокруг гранулы (ядра с адсорбционным слоем) образуется диффузионный слой, в котором находятся остальные противоположно заряженные ионы, компенсирующие заряд гранул. Гранула вместе с диффузионным слоем называется мицеллой. На рис. 1 показано изменение напряженности электрического поля мицеллы. Потенциал на границе ядра - термодинамический потенциал (x -потенциал) - равен сумме зарядов всех поверхностно-ядерных конов. На границе адсорбционного слоя потенциал уменьшается на величину, равную сумме зарядов находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электрокинетическим потенциалом (x -потенциал).



На частицы коллоидов действуют диффузионные силы, и частицы стремятся равномерно распределяться во всем объеме жидкой фазы. Наличие у частиц электрических зарядов одного знака вызывает их взаимное отталкивание. Одновременно между коллоидными частицами имеются молекулярные силы взаимного притяжения, которые проявляются лишь при небольших расстояниях между частицами. При снижении электрического заряда частиц, т. е. при уменьшении x -потенциала, силы отталкивания уменьшаются и становится возможным слипание частиц - процесс коагуляции коллоида. Силы взаимного притяжения между коллоидными частицами начинают преобладать над электрическими силами отталкивания при x -потенциале системы менее 0,03 В. При x -потенциале, равном нулю, коагуляция проходит с максимальной интенсивностью, состояние коллоидной системы в этом случае носит название изоэлектрического состояния, а величина рН называется изоэлектрической точкой системы.

Одним из методов снижения x -потенциала коллоидной системы является увеличение концентрации в воде электролитов. Способность электролита вызывать коагуляцию коллоидной системы возрастает с увеличением валентности коагулирующего иона, обладающего зарядом, который противоположен заряду коллоидных частиц. Соотношение коагулирующей способности одно-, двух- и трехвалентных ионов приблизительно 1:30:1000.

При коагуляции хлопья образуются сначала за счет части взвешенных частиц и коагулянта или только коагулянта. Образовавшиеся хлопья последнего сорбируют вещества, загрязняющие сточные воды и, осаждаясь вместе с ними, очищают воду.

Основным процессом коагуляционной очистки производственных сточных вод является гетерокоагуляция - взаимодействие коллоидных и мелкодисперсных частиц сточных вод с агрегатами, образующимися при введении в сточную воду коагулянтов.

При использовании в качестве коагулянтов солей алюминия и железа в результате реакции гидролиза образуются малорастворимые в воде гидроксиды железа и алюминия, которые сорбируют на развитой хлопьевидной поверхности взвешенные, мелкодисперсные и коллоидные вещества и при благоприятных гидродинамических условиях оседают на дно отстойника, образуя осадок:

Аl2(SO4)3 + 6Н2O® 2А1(ОН)3 + 3Н34;

FeCl3 + 3Н2О® Fe(ОН)3 + 3НСl;

FeS04 + 2H2O® Fe(OH)2 + Н24;

4Fe (ОН)2 + О2 + 2H2O® 4Fe (ОН)3.

Образующиеся в процессе гидролиза серную и соляную кислоты следует нейтрализовать известью или другими щелочами. Нейтрализация образующихся при гидролизе коагулянтов кислот может также протекать за счет щелочного резерва сточной жидкости:

Н++® НСО-з® СО22О.

В целях уменьшения расходов коагулянтов процесс коагуляции следует осуществлять в диапазоне оптимальных величин рН. Так, значения рН при оптимальных условиях коагуляции: для А1(ОН)3-4,5-7;

для Fe(OH)2- 8,5-10,5, а для Fе(ОН)3 - 4-6 и 8-10.

Для очистки производственных сточных вод применяют различные минеральные коагулянты.

Основными факторами, влияющими на время приготовления растворов коагулянта, являются высокая температура растворителя, конструктивное совершенство системы перемешивания растворов и состояние растворяемого вещества (мелкораздробленный порошок или жидкий продукт).

Интенсификация процессов коагулирования может осуществляться двумя путями: внесением в обрабатываемую воду дополнительных реагентов — флокулянтов, окислителей, регуляторов величины рН, новых коагулирующих веществ, а также применением различных вариантов электрохимической коагуляции; осуществлением наиболее рациональных способов введения коагулянтов в воду — прерывистого коагулирования, концентрированного коагулирования и фракционного коагулирования, ре« циркуляции коагулированной взвеси через зону ввода свежиЖ порций коагулянта и совмещения коагулирования химическим реагентами с физическими методами коагуляции — электрическим и магнитным полями, ультразвуком, вибрацией и т. д.

Прерывистая коагуляция может проводиться как для двух ступенчатых, так и для одноступенчатых схем подготовки воды.

Оптимальные условия прерывистой коагуляции следует определять в каждом конкретном случае опытным путем с учетом местных условий. Интервалы времени между включением и выключением (или снижением дозы) подачи коагулянта, а также величина необходимых доз зависят от принятой схемы обработки, состава и свойств исходной воды. Прерывистое коагулирование может осуществляться подачей реагента то в оптимальной (расчетной), то в резко уменьшенной (дефицитной) дозе или путем прекращения подачи вообще. Время чередования доз и прекращения подачи реагента может быть самым разнообразным. Если подача происходит в течение 20—40 мин, то перерыв в подаче реагента (или в подаче дефицитной дозы) может быть равен времени подачи (при наличии в системе очистки осветлителей со слоем взвешенного фильтра или контактных осветлителей) или сокращен до 5—10 мин (в системах с отстойниками).

 

 

Чтобы решить вопрос о целесообразности прерывистого коагулирования для одноступенчатых схем очистки воды, следует знать: при обработке цветных вод болотного происхождения, богатых органическими примесями, режим прерывистого коагулирования эффективен лишь до цветности 40—45 град.; для речных вод со значительным содержанием взвешенных веществ и легкоустранимой цветностью (частично минерального происхождения), что характерно для паводковых вод, границы применения прерывистого коагулирования расширяются до цветности 100 град.; при прерывистом коагулировании имеет место уменьшение грязевой нагрузки на КО, которая может достигать 18—35 % по сравнению с режимом обычного коагулирования, а это ведет к уменьшению требуемого количества промывной воды на 15—20%.

Осуществление прерывистого коагулирования может дать экономию коагулянта в количестве 20—45 %. Важным условием быстрого и полного растворения порошкообразного коагулянта является обеспечение необходимого перемешивания растворителя. Для этого в практике- водоподготовки в СССР принято подавать в растворитель воздух. Необходимый эффект может быть получен, если скорость выхода воздуха из отверстий воздухораспределительной системы будет не меньше 30 м/с.

При концентрированной коагуляции используется положение, что скорость любой реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ. Сущность способа заключается в том, что полная расчетная доза коагулянта (или несколько уменьшен» ная) подается только в часть обрабатываемой воды (50—60 % общего расхода воды). Растворение коагулянта только в части воды повышает его начальную концентрацию, создавая тем самым оптимальные условия коагуляции и ускоряя процесс хлопьеобразования.

После перемешивания обработанной реагентом воды с необработанной процесс протекает в среде с готовыми первичными хлопьями, которые служат центрами коагуляции. Вся среда представляет собой полидисперсную систему с искусственно сдвинутым началом хлопьеобразования. Одновременно усиливается и адсорбция веществ, обусловливающих цветность воды, на поверхности образующихся хлопьев.

При фракционном коагулировании ввод расчетного количества коагулянта осуществляется порциями: 3/4 расчетной дозы коагулянта вводится предварительно, а 1/4 — через 2—3 мин*, к фракционному коагулированию относится и коагулирование воды различными коагулянтами в разных соотношениях.

 





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...